DE102020204043B4 - Vehicle electrical system with a processor network for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Bordnetz mit einem Prozessorverbund für ein Fahrzeug (10) zur Datenverarbeitung und Leistungsverteilung,- wobei der Prozessorverbund wenigstens eine erste Prozessoreinheit (11), eine zweite Prozessoreinheit (12), sowie eine dritte Prozessoreinheit (13) aufweist, wobei die erste Prozessoreinheit wenigstens einen ersten Prozessor (16; 19) und eine erste Spannungsquelle (22), die zweite Prozessoreinheit wenigstens einen zweiten Prozessor (17; 20) und eine zweite Spannungsquelle sowie die dritte Prozessoreinheit wenigstens einen dritten Prozessor (18; 21) und eine dritte Spannungsquelle (24) aufweist, sowie die Prozessoreinheiten insbesondere wenigstens eine Schnittstelle zu mehreren Fahrzeugsensoren (26; 27; 28; 29; 30; 31) und/oder zu einem zentralen Datenspeicher aufweisen,- wobei die wenigstens drei Prozessoreinheiten (11, 12, 13) mit wenigstens drei dielektrischen Datenleitungen (25.1, 25.2, 25.3) derart verbunden sind, dass die Prozessoreinheiten Knoten und die Datenleitungen (25.1, 25.2, 25.3) Kanten eines Kreisgraphs bilden.Vehicle electrical system with a processor network for a vehicle (10) for data processing and power distribution, - the processor network having at least a first processor unit (11), a second processor unit (12) and a third processor unit (13), the first processor unit having at least a first Processor (16; 19) and a first voltage source (22), the second processor unit at least one second processor (17; 20) and a second voltage source and the third processor unit at least one third processor (18; 21) and a third voltage source (24) and the processor units have in particular at least one interface to a plurality of vehicle sensors (26; 27; 28; 29; 30; 31) and/or to a central data memory, - the at least three processor units (11, 12, 13) having at least three dielectric data lines (25.1, 25.2, 25.3) are connected in such a way that the processor units form nodes and the data lines (25.1, 25.2, 25.3) form edges of a circular graph.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bordnetz mit einem Prozessorverbund für ein Fahrzeug zur Datenverarbeitung und Leistungsverteilung.The present invention relates to an on-board network with a processor network for a vehicle for data processing and power distribution.
Zahlreiche Unfälle mit autonomen Fahrzeugen sind auf eine Unterbrechung der Daten- oder Leistungsversorgung sicherheitstechnischer und fahrdynamischer Komponenten eines Bordnetzes zurückzuführen. Um Risiken aufgrund von Unterbrechungen der Daten- oder Leistungsversorgung von Bordnetzkomponenten zu verringern, ist es bekannt, Redundanzen im Bordnetz eines Fahrzeugs zu schaffen. Hierdurch erhöht sich der Verkabelungsaufwand zwischen den Komponenten und somit auch das Gesamtgewicht des Bordnetzes.Numerous accidents involving autonomous vehicles can be traced back to an interruption in the data or power supply to safety-related and driving dynamics components of an on-board network. In order to reduce risks due to interruptions in the data or power supply to vehicle electrical system components, it is known to create redundancies in a vehicle's vehicle electrical system. This increases the wiring effort between the components and thus also the overall weight of the vehicle electrical system.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ausfallsicherheit eines Bordnetzes bei geringem Zusatzgewicht zu steigern.Against this background, the object of the invention is to increase the reliability of a vehicle electrical system with little additional weight.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention with the features of patent claim 1 .
Demgemäß ist vorgesehen:
- - ein Bordnetz mit einem Prozessorverbund für ein Fahrzeug zur Datenverarbeitung und Leistungsverteilung, wobei der Prozessorverbund wenigstens eine erste Prozessoreinheit, eine zweite Prozessoreinheit, sowie eine dritte Prozessoreinheit mit jeweils wenigstens einem ersten Prozessor, einem zweiten Prozessor sowie einem dritten Prozessor, einer ersten Spannungsquelle, einer zweiten Spannungsquelle und einer dritten Spannungsquelle sowie insbesondere wenigstens eine Schnittstelle zu mehreren Fahrzeugsensoren und/oder zu einem zentralen Datenspeicher aufweist, wobei die wenigstens drei Prozessoreinheiten mit wenigstens drei dielektrischen Datenleitungen derart verbunden sind, dass die Prozessoreinheiten Knoten und die Datenleitungen Kanten eines Kreisgraphs bilden.
- - An on-board network with a processor network for a vehicle for data processing and power distribution, the processor network having at least a first processor unit, a second processor unit and a third processor unit, each with at least a first processor, a second processor and a third processor, a first voltage source, a second voltage source and a third voltage source and in particular at least one interface to a plurality of vehicle sensors and/or to a central data memory, the at least three processor units being connected to at least three dielectric data lines in such a way that the processor units form nodes and the data lines form edges of a circular graph.
Der Begriff Mehrkernprozessor (abgeleitet vom englischen Begriff Multicore-Prozessor oder Multikernprozessor) bezeichnet einen Prozessor mit mehr als einem vollständigen Hauptprozessorkern in einem Chip. Sämtliche Ressourcen mit Ausnahme des Busses und eventuell einiger Caches sind mehrfach vorhanden. Es handelt sich also um mehrere vollständige, weitgehend voneinander unabhängige CPU-Kerne inklusive eigener Registersätze und arithmetisch-logischer Einheit (ALU).The term multi-core processor (derived from the English term multi-core processor or multi-core processor) designates a processor with more than one complete main processor core in one chip. All resources, with the exception of the bus and possibly some caches, are duplicated. It is therefore a matter of several complete, largely independent CPU cores including their own register sets and arithmetic-logical unit (ALU).
Als Doppelkernprozessor (auch Dual-Core-Prozessor) bezeichnet man einen Mehrkernprozessor mit zwei Hauptprozessoren. Mikroprozessoren mit einem Hauptprozessor bezeichnet man zur Abgrenzung als Einzelkernprozessor (auch Single-Core-Prozessor). Mikroprozessoren mit drei Hauptprozessoren werden Triple-Core-Prozessoren oder Dreikernprozessoren genannt. Diese Terminologie lässt sich entsprechend fortsetzen. So spricht man bei vier Kernen von einem Vierkernprozessor (auch Quad-Core-Prozessor), wobei ein Vierkernprozessor aus zwei Doppelkernprozessoren oder vier eigenständigen Kernen bestehen kann.A dual-core processor (also called a dual-core processor) is a multi-core processor with two main processors. microprocessors with a main processor is referred to as a single-core processor (also single-core processor). Microprocessors with three main processors are called triple-core processors or three-core processors. This terminology can be continued accordingly. With four cores, one speaks of a four-core processor (also quad-core processor), whereby a four-core processor can consist of two double-core processors or four independent cores.
Multi-Threaded-CPUs sind mehrfädige (engl. multithreading) Prozessorkerne mit mehreren Programmzählern und Registersätzen, die sich gegenüber dem System aber als mehrere Kerne melden. Multi-Threaded Prozessoren sind auch Mehrkernprozessoren.Multi-threaded CPUs are multi-threaded processor cores with multiple program counters and register sets, which report to the system as multiple cores. Multi-threaded processors are also multi-core processors.
Ein Grafikprozessor (englisch graphics processing unit, kurz GPU) ist ein auf die Berechnung von Grafiken spezialisierter und optimierter Prozessor für Computer, Spielkonsolen und Smartphones. Zusätzlich gibt er die berechneten Grafiken an ein Display aus. Grafikprozessoren findet man auf Grafikkarten, CPUs mit integrierter Grafikeinheit, auf der Hauptplatine (Onboard, als Integrierter Grafikprozessor) wie auch auf Erweiterungskarten (Steckkarte). Im letzteren Fall sind mehrere GPUs auf einer Grafikkarte, bzw. auch mehrere Grafikkarten pro Computer möglich.A graphics processor (English graphics processing unit, short GPU) is a specialized and optimized processor for the calculation of graphics for computers, game consoles and smartphones. In addition, it outputs the calculated graphics to a display. Graphics processors can be found on graphics cards, CPUs with an integrated graphics unit, on the motherboard (onboard, as an integrated graphics processor) and on expansion cards (plug-in cards). In the latter case, multiple GPUs on one graphics card or multiple graphics cards per computer are possible.
Ein Verbund aus mehreren Funktionseinheiten sind Funktionseinheiten, die miteinander verbunden sind, um eine bestimmte Funktionalität zu gewährleisten. Der Verbund gewährleistet dabei eine Mehrfunktionalität gegenüber einer gleichen Anzahl einzelner Funktionseinheiten, die nicht in einem Verbund organisiert sind. Dies kann beispielsweise die Ausfallsicherheit eines Verbunds betreffen.A network of several functional units are functional units that are connected to one another in order to guarantee a specific functionality. In this case, the network ensures multiple functionality compared to an equal number of individual functional units that are not organized in a network. This can affect the fail-safety of a network, for example.
Als Bordnetz wird die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in Fahrzeugen, wie Automobilen, Flugzeugen, Schiffen und bei der Eisenbahn bezeichnet. Das Bordnetz gewährleistet die Stromversorgung und den Informationsfluss zwischen Komponenten und Steuergeräten. Zu den elektrischen Komponenten eines Bordnetzes zählen u. a. die Verkabelung und Bordspannungssteckdosen, Steuergeräte, Sensoren, Anzeigeelemente, z. B. Warn- und Kontrollleuchten, Displays, Aktoren, z. B. Elektromotoren, Leuchten und Beleuchtungssysteme, Bussysteme, Energiespeicher wie z. B. Batterien und Akkumulatoren, Generatoren.The vehicle electrical system is the entirety of all electrical components in vehicles such as automobiles, aircraft, ships and railways. The vehicle electrical system ensures the power supply and the flow of information between components and control units. The electrical components of a vehicle electrical system include u. the wiring and on-board voltage sockets, control units, sensors, display elements, e.g. B. warning and indicator lights, displays, actuators, z. B. electric motors, lights and lighting systems, bus systems, energy storage such. B. batteries and accumulators, generators.
Als Spannungsquelle wird in der Schaltungstheorie der Elektrotechnik ein aktiver Zweipol bezeichnet, der zwischen seinen Anschlusspunkten eine elektrische Spannung liefert. Eine Spannungsquelle dient als elektrische Energiequelle, die abhängig vom angeschlossenen Verbraucher elektrischen Strom liefert. Ferner kommt sie als Lieferant von elektrischen Signalen vor. Eine Spannungsquelle wird auch als Stromquelle bezeichnet. Batterien oder Generatoren sind beispielsweise Spannungsquellen.In the circuit theory of electrical engineering, a voltage source is an active two-terminal network that supplies an electrical voltage between its connection points. A voltage source serves as an electrical energy source that supplies electrical current depending on the connected load. It also occurs as a supplier of electrical signals. A voltage source is also called a current source. Batteries or generators are voltage sources, for example.
Alternativ kann die Spannungsquelle mindestens eine Energiequelle bzw. Energiespeicher umfassen, die sich auf mehrere Maschen aufteilt. Die Maschen können separat abgeschaltet werden. Die Abschaltung kann durch passive und/oder aktive Elemente erfolgen. Dadurch sind die einzelnen Maschen unabhängig und untereinander robust gegen Einzelfehler (Kurzschluss/ Unterbrechung innerhalb der Masche). Wenn die Maschen von mehreren Energiequellen oder Energiespeichern gespeist werden, steigert das die Verfügbarkeit des gesamten Systems.Alternatively, the voltage source can include at least one energy source or energy store, which is distributed over a number of meshes. The meshes can be switched off separately. The shutdown can be done by passive and / or active elements. As a result, the individual meshes are independent and mutually robust against individual errors (short circuit/interruption within the mesh). If the meshes are fed by several energy sources or energy storage devices, this increases the availability of the entire system.
Ein Sensor, auch als Detektor, (Messgrößen- oder Mess-)Aufnehmer oder (Mess-)Fühler bezeichnet, ist ein technisches Bauteil, das bestimmte physikalische, chemische Eigenschaften oder Zustände, z. B. Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Geschwindigkeit, Helligkeit, Beschleunigung, pH-Wert, lonenstärke, elektrochemisches Potential und/oder die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Diese Größen werden mittels physikalischer oder chemischer Effekte erfasst und als Sensordaten in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal umgeformt. Fahrzeugsensoren sind an einem Fahrzeug montiert, um eine Fahrzeugumgebung zu erfassen. Sensordaten, die von Fahrzeugsensoren erfasst werden, sind fahrzeugumgebungsbezogene Sensordaten.A sensor, also known as a detector, (measuring variable or measurement) pickup or (measuring) probe, is a technical component that detects certain physical, chemical properties or states, e.g. B. temperature, humidity, pressure, speed, brightness, acceleration, pH, ionic strength, electrochemical potential and / or the material properties of its environment can be qualitatively or quantitatively detected as a measurand. These variables are recorded using physical or chemical effects and converted into an electrical signal that can be further processed as sensor data. Vehicle sensors are mounted on a vehicle to sense a vehicle environment. Sensor data that is recorded by vehicle sensors is vehicle environment-related sensor data.
Aktoren sind signalwandlerbezogen das Gegenstück zu Sensoren und bilden die Stellglieder in einem Regelkreis. Sie setzen bei einem Regelungsvorgang die Signale in Wirkungen - durch mechanische Arbeit bei Bewegungsregelung - um, mit denen die Regelgröße beeinflusst wird. Ein Beispiel ist das Öffnen und Schließen eines Ventils.Actuators are the counterpart to sensors in terms of signal converters and form the control elements in a control loop. During a control process, they convert the signals into effects - through mechanical work in motion control - with which the controlled variable is influenced. An example is opening and closing a valve.
Eine Schnittstelle ist eine Einrichtung zwischen wenigstens zwei Funktionseinheiten, an der ein Austausch von logischen Größen, z.B. Daten, oder physikalischen Grö-ßen, z.B. elektrischen Signalen, erfolgt, entweder nur unidirektional oder bidirektional. Der Austausch kann analog oder digital erfolgen. Der Austausch kann ferner drahtgebunden oder drahtlos erfolgen.An interface is a device between at least two functional units, at which an exchange of logical quantities, e.g. data, or physical quantities, e.g. electrical signals, takes place, either unidirectionally or bidirectionally. The exchange can be analogue or digital. The exchange can also be wired or wireless.
Eine Mensch-Maschine-Schnittstelle oder Human Machine Interface (kurz HMI) erlaubt einem Bediener das Bedienen einer Maschine, einer elektrischen oder elektronischen Vor-richtung sowie optional das Beobachten von Maschinenzuständen und das Eingreifen in einen steuerbaren Prozess. Die Bereitstellung der Informationen („Feedback“) kann über Bedienpulte mit Signallampen, Anzeigefeldern oder Tastern oder per Software über ein Visualisierungssystem, das zum Beispiel auf einem Terminal läuft, erfolgen. Ein Beispiel für ein HMI ist ein Lichtschalter. Auch der Fahrerbereich eines Fahrzeugs weist zahlreiche HMI auf - von den Befehlsgebern (Pedale, Lenkrad, Schalt- und Blinkerhebel usw.) bis zu den optischen Rückmeldungen der „Maschine“ Fahrzeug (Anzeigen für Geschwindigkeit, Reichweite, Radioprogramm, Navigations-system usw.).A man-machine interface or Human Machine Interface (HMI) allows an operator to operate a machine, an electrical or electronic device and optionally to observe machine states and intervene in a controllable process. The provision of information (“feedback”) can take place via control panels with signal lamps, display fields or buttons or via software via a visualization system that runs on a terminal, for example. An example of an HMI is a light switch. The driver's area of a vehicle also has numerous HMIs - from the command transmitters (pedals, steering wheel, shift and indicator lever, etc.) to the visual feedback of the "machine" vehicle (displays for speed, range, radio program, navigation system, etc.) .
Ein Kreisgraph, kurz Kreis, ist in der Graphentheorie eine Klasse von Graphen einfacher Struktur. Ein Kreisgraph besitzt immer gleich viele Knoten wie Kanten, wobei alle Knoten im Kreis miteinander verbunden sind. Eine Netzwerktopologie in Form eines Kreisgraphen wird Ring-Topologie genannt.A circle graph, or circle for short, is a class of graphs of simple structure in graph theory. A circle graph always has the same number of nodes as edges, with all nodes in the circle being connected to one another. A network topology in the form of a circular graph is called a ring topology.
Als Knoten oder Ecke bezeichnet man in der Graphentheorie ein Element der Knotenmenge eines Graphen. Graphen bestehen neben der Knotenmenge noch aus einer dazugehörigen Kantenmenge, die beschreibt, wie die einzelnen Knoten des Graphen durch Kanten verbunden sind.In graph theory, a node or corner is an element of the node set of a graph. In addition to the set of nodes, graphs also consist of an associated set of edges, which describes how the individual nodes of the graph are connected by edges.
In der Graphentheorie bezeichnet eine Kante einen Teil eines Graphen. Eine Kante gibt an, ob zwei Knoten miteinander in Beziehung stehen, bzw. ob sie in der bildlichen Darstellung des Graphen verbunden sind. In einem gerichteten Graphen ist eine Kante ein geordnetes Paar von Knoten, in einem ungerichteten Graphen ist eine Kante eine Menge zweier Knoten. Zwei Knoten, die durch eine Kante verbunden sind, heißen benachbart.In graph theory, an edge denotes a part of a graph. An edge indicates whether two nodes are related to each other, or whether they are connected in the pictorial representation of the graph. In a directed graph, an edge is an ordered pair of vertices, in an undirected graph, an edge is a set of two vertices. Two nodes connected by an edge are called adjacent.
Eine dielektrische Datenleitung, z.B. Glasfaserleitungen oder andere dielektrische Wellenleiter (DWG), leitet Signale in einem Dielektrikum. Als Dielektrikum wird eine elektrisch schwach- oder nichtleitende Substanz bezeichnet, in dem die vorhandenen Ladungsträger nicht frei beweglich sind. Ein Dielektrikum kann ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein. Der Begriff Dielektrikum wird insbesondere dann verwendet, wenn in dem betrachteten Raumbereich ein elektrisches Feld besteht.A dielectric data line, such as fiber optic lines or other dielectric waveguides (DWG), conducts signals in a dielectric. A dielectric is an electrically weak or non-conductive substance in which the existing charge carriers cannot move freely. A dielectric can be a gas, liquid or solid. The term dielectric is used in particular when there is an electric field in the spatial area under consideration.
Eine Ader ist eine Einzelleitung eines di-/elektrischen Übertragungsmittels, z.B. eines Steckverbinders oder eines Kabels.A core is a single line of a dielectric/electrical transmission medium, e.g. a connector or a cable.
Ein zentraler Datenspeicher ist beispielsweise eine Cloud, das heißt ein Speicherplatz, der als Dienstleistung über das Internet bereitgestellt wird. Ein Benutzer oder einer Benutzergruppe mit einer Vielzahl an Mitgliedern kann Zugriff auf einen zentralen Datenspeicher haben.A central data store is, for example, a cloud, ie a storage space that is provided as a service over the Internet. A user or a user group with a large number of members can have access to a central data store.
Fahrzeuge sind Land-, Wasser-, oder Luftfahrzeuge mit oder ohne Antrieb.Vehicles are land, water or air vehicles with or without a drive.
Erfindungsgemäß wird aus wenigstens drei Prozessoren sowie zugehörigen Datenleitungen, die die Prozessoren verbinden, ein Prozessorverbund geschaffen, wobei die Prozessoren bei einem Ausfall eines Prozessors eingerichtet sind, auftretende Lasten auf den verbleibenden Prozessoren zu verteilen.According to the invention, a processor network is created from at least three processors and associated data lines that connect the processors, with the processors being set up to distribute the loads that occur to the remaining processors if one processor fails.
Erfindungsgemäß bildet jeder Prozessor zusammen mit einer Spannungsquelle eine Prozessoreinheit. Die Spannungsquelle kann eingerichtet sein, eine gesamte Spannungsversorgung einer Prozessoreinheit bereitzustellen oder lediglich kurzzeitige Spannungsabfälle oder Spannungsausfälle einer Spannungsversorgung mittels einer zentralen Spannungsquelle zu überbrücken. Kommt der Spannungsquelle eine Überbrückungsfunktion zu, dient die Spannungsquelle einer Prozessoreinheit als sogenannter Pufferspeicher.According to the invention, each processor forms a processor unit together with a voltage source. The voltage source can be set up to provide an entire voltage supply for a processor unit or to merely bridge short-term voltage drops or voltage failures of a voltage supply using a central voltage source. If the voltage source has a bridging function, the voltage source of a processor unit serves as a so-called buffer memory.
Erfindungsgemäß sind die Prozessoreinheiten und die Datenleitungen dabei entsprechend eines Kreisgraphs angeordnet, wobei die Prozessoreinheiten Knoten und die Datenleitungen Kanten des Graphs bilden. Dementsprechend sind die Prozessoreinheiten in einem Ring angeordnet. Somit ist es möglich, einen ausgefallenen Prozessor bzw. eine Prozessoreinheit zu überbrücken, indem die benachbarten Prozessoren bzw. Prozessoreinheiten des ausgefallenen Prozessors verbunden werden. Hierfür kann vorgesehen sein, in einer Prozessoreinheit eine Überbrückungsschaltung für einen ausgefallenen Prozessor vorzusehen. Die Überbrückungsschaltung lässt sich dann bedarfsweise aktivieren.According to the invention, the processor units and the data lines are arranged in accordance with a circular graph, with the processor units forming nodes and the data lines forming edges of the graph. Accordingly, the processor units are arranged in a ring. It is thus possible to bridge a failed processor or processor unit by connecting the adjacent processors or processor units of the failed processor. For this purpose, a bridging circuit for a failed processor can be provided in a processor unit. The bridging circuit can then be activated as required.
Somit ist es möglich, die Rechenleistung und Leistungsversorgung eines Bordnetzes dezentralisiert zu organisieren. Werden dabei die Prozessoreinheiten jeweils in der Nähe einer Sensorik und/oder Aktorik, mit der die jeweilige Prozessoreinheit zu verbinden ist, angeordnet, so lässt sich die Verkabelung, also das Gewicht einer Verkabelung und die Länge einer Verkabelung reduzieren. Hierdurch wird auch Bauraum gewonnen.It is thus possible to organize the computing power and power supply of an on-board network in a decentralized manner. If the processor units are each arranged in the vicinity of a sensor system and/or actuator system to which the respective processor unit is to be connected, then the cabling, ie the weight of cabling and the length of cabling, can be reduced. This also gains installation space.
Im Falle eines Ausfalls einer Prozessoreinheit können die anderen Prozessoreinheiten die Aufgaben, beispielsweise die Verarbeitung von Sensordaten oder die Datenverarbeitung von Daten aus einem zentralen Datenspeicher, der ausgefallenen Prozessoreinheit übernehmen oder Maßnahmen einleiten, die eine ungewollte Fehlfunktion unterbinden.If a processor unit fails, the other processor units can take over the tasks, for example the processing of sensor data or the data processing of data from a central data memory, of the failed processor unit or initiate measures that prevent an unwanted malfunction.
Lässt sich der Ausfall einer Prozessoreinheit von den verbleibenden Prozessoreinheiten nicht mehr bewältigen, ist es denkbar, eine Fahrzeugbremsung einzuleiten oder mithilfe eines Assistenzsystems an einem Fahrbahnrand zu halten.If the failure of a processor unit can no longer be dealt with by the remaining processor units, it is conceivable that a vehicle to initiate braking or to stop at the edge of the road with the help of an assistance system.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.Advantageous refinements and developments result from the further dependent claims and from the description with reference to the figures of the drawing.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die dielektrischen Datenleitungen als Glasfaserleitung ausgebildet. Somit lässt sich die Gefahr eines Kabelbrandes bzw. Leitungsbrandes deutlich verringern.According to a preferred development of the invention, the dielectric data lines are designed as glass fiber lines. This significantly reduces the risk of a cable fire or line fire.
Dabei ist es auch zweckmäßig, eine dielektrische Datenleitung mit wenigstens zwei Adern, eine sogenannte Dual-Channel-Verbindung, zu verwenden. Somit lassen sich zusätzliche Redundanzen schaffen und/oder Latenzen reduzieren.It is also expedient here to use a dielectric data line with at least two cores, a so-called dual-channel connection. This allows additional redundancies to be created and/or latencies to be reduced.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Prozessorverbund vier Prozessoreinheiten auf, wobei die vier Prozessoreinheiten mit vier dielektrischen Datenleitungen derart verbunden sind, dass die Prozessoreinheiten Knoten und die Datenleitungen Kanten eines Kreisgraphs bilden.According to a preferred development of the invention, the processor network has four processor units, the four processor units being connected to four dielectric data lines in such a way that the processor units form nodes and the data lines form edges of a circular graph.
Somit lassen sich Lasten im Falle eines Ausfalls einer Prozessoreinheit besser verteilen, bzw. die Lasten an den verbleibenden Prozessoreinheiten verringern. Ferner ermöglicht eine Steigerung der Anzahl der Prozessoreinheiten eine zunehmende Dezentralisierung der Bordnetzstruktur. Das bedeutet, dass Prozessoreinheiten näher an einer zu verbindenden Sensorik oder Aktorik angeordnet werden können.In this way, loads can be better distributed in the event of a processor unit failure, or the loads on the remaining processor units can be reduced. Furthermore, an increase in the number of processor units enables increasing decentralization of the vehicle electrical system structure. This means that processor units can be arranged closer to a sensor or actuator to be connected.
Hierdurch wird der Verkabelungsaufwand verringert.This reduces the wiring effort.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Prozessorverbund fünf Prozessoreinheiten auf, wobei die fünf Prozessoreinheiten mit fünf dielektrischen Datenleitungen derart verbunden sind, dass die Prozessoreinheiten Knoten und die Datenleitungen Kanten eines Kreisgraphs bilden.According to a preferred development of the invention, the processor network has five processor units, the five processor units being connected to five dielectric data lines in such a way that the processor units form nodes and the data lines form edges of a circular graph.
Somit kann der Prozessorverbund auch erkennen, dass zwei Prozessoreinheiten ausgefallen bzw. korrumpiert sind.The processor network can thus also recognize that two processor units have failed or are corrupted.
Es versteht sich, dass vorgesehen sein kann, dass die drei, vier, fünf oder mehr Prozessoreinheiten für identische Lasten, also mit ähnlicher Hardware und ähnlicher Hardwarearchitektur, ausgelegt sein können, oder das eine oder mehrere Hauptprozessoreinheiten und eine oder mehrere Nebenprozessoreinheiten vorgesehen sein können, wobei die Hauptprozessoreinheiten signifikant leistungsfähiger sind als die Nebenprozessoreinheiten.It goes without saying that it can be provided that the three, four, five or more processor units can be designed for identical loads, i.e. with similar hardware and similar hardware architecture, or that one or more main processor units and one or more secondary processor units can be provided, the main processor units being significantly more powerful than the slave processor units.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Prozessoreinheit zur Versorgung von Hochvolt-Komponenten ausgelegt ist und die übrigen Prozessoreinheiten zur Versorgung von einem anderen Spannungsniveau, z.B. 12 V-Komponenten ausgebildet sind.For example, it can be provided that a processor unit is designed to supply high-voltage components and the other processor units are designed to supply a different voltage level, e.g. 12 V components.
Hierbei kann es auch zweckmäßig sein, wenn die 12 V-Prozessoreinheiten in einem vorderen Fahrzeugbereich, in der Nähe einer optischen Sensorik, angeordnet sind und die Hochvolt-Prozessoreinheit/en in einem hinteren Teil des Fahrzeugs, in der Nähe einer zentralen Energiequelle für einen Elektrobetrieb des Fahrzeugs angeordnet ist/sind.It can also be expedient if the 12 V processor units are arranged in a front part of the vehicle, near an optical sensor system, and the high-voltage processor unit(s) in a rear part of the vehicle, near a central energy source for electric operation of the vehicle is/are arranged.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens eine Prozessoreinheit wenigstens eine Schnittstelle zu einem Aktor auf, um Steuerbefehle von der Prozessoreinheit an einen Aktor zu übermitteln. Somit lässt sich das Bordnetz auch zur Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs oder eines Fahrzeugs mit aktiven Assistenzfunktionen verwenden.According to a preferred development of the invention, at least one processor unit has at least one interface to an actuator in order to transmit control commands from the processor unit to an actuator. The vehicle electrical system can therefore also be used to control an autonomously driving vehicle or a vehicle with active assistance functions.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens eine Prozessoreinheit einen Mehrkernprozessor und/oder einen Grafikprozessor auf. Somit lässt sich eine sogenannte Hochleistungsprozessoreinheit zur Verarbeitung großer Datenvolumen bei geringen Rechenzeiten bereitstellen.According to a preferred development of the invention, at least one processor unit has a multi-core processor and/or a graphics processor. A so-called high-performance processor unit for processing large volumes of data with short computing times can thus be provided.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist jede Prozessoreinheit eine Abschaltfunktion auf, die eingerichtet ist, eine andere Prozessoreinheit abzuschalten. Es versteht sich, dass hierfür jede Prozessoreinheit Mittel aufweist, um einen ausgefallenen Prozessor der Prozessoreinheit innerhalb der Prozessoreinheit zu überbrücken. Das bedeutet, dass bei der Datenleitung bzw. Leistungsübertragung nicht die Prozessoreinheit selbst überbrückt wird, sondern die Prozessoreinheit als Knoten in dem Prozessorverbund bestehen bleibt und lediglich der Prozessor der Prozessoreinheit überbrückt wird.According to a preferred development of the invention, each processor unit has a switch-off function that is set up to switch off another processor unit. It goes without saying that for this purpose each processor unit has means for bridging a failed processor of the processor unit within the processor unit. This means that the processor unit itself is not bridged during the data line or power transmission, but the processor unit remains as a node in the processor network and only the processor of the processor unit is bridged.
Es versteht sich, dass ein Fahrzeug mit einem Bordnetz wie es vorstehend beschrieben wurde, vorteilhaft ist.It goes without saying that a vehicle with an on-board network as described above is advantageous.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
-
1 eine schematische Prinzipskizze eines Fahrzeugs mit einem Bordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
2 eine schematische Prinzipskizze eines Fahrzeugs mit einem Bordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
3 eine schematische Prinzipskizze eines Fahrzeugs mit einem Bordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
4 eine schematische Prinzipskizze eines Fahrzeugs mit einem Bordnetz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
-
1 a schematic outline sketch of a vehicle with an on-board network according to an embodiment of the invention; -
2 a schematic outline sketch of a vehicle with an on-board network according to an embodiment of the invention; -
3 a schematic outline sketch of a vehicle with an on-board network according to an embodiment of the invention; -
4 a schematic outline sketch of a vehicle with an on-board network according to an embodiment of the invention;
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are provided to provide a further understanding of embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the foregoing advantages will become apparent by reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale with respect to one another.
In den Figuren der Zeichnungen sind gleiche, funktionsgleiche und gleichwirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nicht anders ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawings, elements, features and components that are identical, have the same function and have the same effect--unless stated otherwise--are each provided with the same reference symbols.
Die Prozessoreinheiten 11, 12, 13 sind über ein zweiadriges POF-Kabel verbunden, um einen Datenaustausch zu gewährleisten. Dabei ist die erste Prozessoreinheit 11 mit der zweiten Prozessoreinheit 12 über die Datenleitung 25.1 und der dritten Prozessoreinheit 13 über die Datenleitung 25.3, die zweite Prozessoreinheit 12 mit der ersten Prozessoreinheit 11 über die Datenleitung 25.1 und der dritten Prozessoreinheit 13 über die Datenleitung 25.2 und die dritte Prozessoreinheit 13 mit der zweiten Prozessoreinheit 12 über die Datenleitung 25.2 und der ersten Prozessoreinheit 11 über die Datenleitung 25.3 in einem Prozessoreinheitenring verbunden. Die Anordnung der Prozessoreinheiten 11, 12, 13 entspricht der Anordnung in einem Kreisgraph, wobei die Prozessoreinheiten Knoten und das zweiadrige POF-Kabel 25 Kanten bildet.The
Die
Dementsprechend umfassen die Prozessoreinheiten 12, 13 in der Fahrzeugfront jeweils eine Schnittstelle zu Sensoren 29 in der Fahrzeugfront, nämlich einem Radarsensor, Lidarsensor und einer Kamera sowie eine Schnittstelle zu der Mensch-Maschine-Schnittstelle 31 sowie zu einem Infotainment-System des Fahrzeugs. Dementsprechend sind die Prozessoreinheiten 12, 13 spezifisch dafür ausgelegt, Daten des Radarsensors, des Lidarsensors und der Kamera zu verarbeiten.Accordingly, the
Die Prozessoreinheiten 11, 14 am Fahrzeugheck umfassen jeweils eine Schnittstelle zu einem Telematiksystem 30, welches einen GPS-Sensor umfasst, sowie zu Sensoren 28 am Fahrzeugheck. Hierzu zählen in
Dementsprechend sind die hinteren Prozessoreinheiten 11 bzw. 14 spezifisch ausgelegt, die Sensordaten der Sensoren 28 am Fahrzeugheck sowie des Telematiksystems 30 zu verarbeiten. Um dies zu gewährleisten, kann es vorteilhaft sein, dass sich die Prozessoreinheiten 11, 14 am Fahrzeugheck von dem Prozessoreinheiten 12, 13 in der Fahrzeugfront unterscheiden.Accordingly, the
Zudem sind die Prozessoreinheiten 11, 12 der linken Seite mit Sensoren bzw. Aktoren 27, die auf der linken Seite im Fahrzeug verbaut sind, verbunden. Hierzu zählen beispielsweise Sensoren oder Aktoren, die mit einem seitlichen Rückspiegel oder einer seitlichen Fahrzeugtür gekoppelt sind.In addition, the
Des Weiteren sind die Prozessoreinheiten 13, 14 der rechten Seite des Fahrzeugs mit Sensoren bzw. Aktoren 26 der rechten Seite des Fahrzeugs verbunden. Es versteht sich, dass auch die Prozessoreinheiten 11, 12 der rechten Seite spezifisch dafür ausgelegt sind, Daten der Sensoren bzw. Aktoren 27 der linken Fahrzeugseite zu verarbeiten und die Prozessoreinheiten 13, 14 spezifisch dafür ausgelegt sind, Daten der Sensoren bzw. Aktoren 26 der rechten Seite des Fahrzeugs zu verarbeiten. Es versteht sich, dass es zweckmäßig sein kann, dass sich die Prozessoreinheiten 11, 12 der linken Seite des Fahrzeugs von den Prozessoreinheiten 13, 14 der rechten Seite des Fahrzeugs unterscheiden.Furthermore, the
Dementsprechend kann es auch vorteilhaft sein, dass in dem Fahrzeug vier unterschiedliche Prozessoreinheiten 11, 12, 13, 14 verbaut sind.Accordingly, it can also be advantageous for four
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Fahrzeug.Vehicle.
- 1111
- Prozessoreinheitprocessor unit
- 1212
- Prozessoreinheitprocessor unit
- 1313
- Prozessoreinheitprocessor unit
- 1414
- Prozessoreinheitprocessor unit
- 1515
- Prozessoreinheitprocessor unit
- 1616
- Mehrkernprozessormulti-core processor
- 1717
- Mehrkernprozessormulti-core processor
- 1818
- Mehrkernprozessormulti-core processor
- 1919
- Grafikprozessor GPU
- 2020
- GrafikprozessorGPU
- 2121
- GrafikprozessorGPU
- 2222
- Pufferspeicherbuffer storage
- 2323
- Pufferspeicherbuffer storage
- 2424
- Pufferspeicherbuffer storage
- 2525
- dielektrische Datenleitungdielectric data line
- 25.125.1
- dielektrische Datenleitungdielectric data line
- 25.225.2
- dielektrische Datenleitungdielectric data line
- 25.325.3
- dielektrische Datenleitungdielectric data line
- 2626
- Sensoren bzw. Aktorensensors or actuators
- 2727
- Sensoren bzw. Aktorensensors or actuators
- 2828
- Sensorensensors
- 2929
- Sensorensensors
- 3030
- Telematiksystemtelematics system
- 3131
- Mensch-Maschine-Schnittstellehuman-machine interface
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-
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